14ª LISTA - EXERCÍCIOS DE PROVAS - Eletroquímica

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1 Pg. 1/7 1 a Questão Considere a seguinte pilha, a 25 C. Sn(s) Sn 2+ (0,150 mol L -1 ) Pb 2+ (0,550 mol L -1 ) Pb(s) a) Calcule a variação de potencial, E, inicial da pilha. b) O que deve acontecer com o valor de E da pilha em função do tempo de seu funcionamento? Explique. c) Calcule o valor de E da pilha quando a [Pb 2+ ] decair para 0,500 mol L -1. d) Calcule as concentrações de Sn 2+ e Pb 2+, em mol L -1, quando o E da pilha for zero. Sn 2+ (aq) + 2e - Sn(s) Pb 2+ (aq) + 2e - Pb(s) E o = -0,136 V E o = -0,126 V a) E = 0,027 V b) A [Pb 2+ ] diminui e a [Sn 2+ ] aumenta, ocasionando uma diminuição do E. c) E = 0,022 V d) [Sn 2+ ] no equilíbrio = 0,48 mol L -1 [Pb 2+ ] no equilíbrio = 0,22 mol L -1

2 Pg. 2/7 2 a Questão Uma pilha pode ser construída com duas semicélulas, cujas semirreações e potenciaispadrão de redução, a 25 C, são apresentados abaixo: Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq) E o = 0,770 V Ag + (aq) + e - Ag (s) E o = 0,800 V a) Escreva a notação para essa pilha. b) Determine o valor da variação de potencial padrão, E, para essa pilha. c) Calcule o valor da constante de equilíbrio, Kc, para essa reação. d) Calcule o valor da variação de potencial, E, para essa pilha no instante em que as concentrações das espécies são: [Fe 2+ ] = 0,0050 mol L -1 ; [Ag + ] = 2,0 mol L -1 ; e [Fe 3+ ] = 0,0050 mol L -1. a) Pt(s) / Fe 2+ (aq), Fe 3+ (aq) Ag + (aq) Ag(s) anodo e - catodo b) E 0 = 0,030 V c) K c = 3 d) E = 0,048 V

3 Pg. 3/7 3 a Questão Esse ano foi lançado no Rio de Janeiro o primeiro ônibus com tecnologia não poluente, 100% nacional, funcionado com célula a combustível. Essa tecnologia utiliza o oxigênio do ar e hidrogênio armazenado em cilindros. Os potenciais-padrão de redução das semirreações a 25,00 C são mostrados abaixo: O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e - 2H 2 O(l) E o = + 1,229 V 2H + (aq) + 2e - H 2 (g) E o = 0,000 V a) Escreva as semirreações que ocorrem no catodo e no anodo e a reação global da célula galvânica. b) Calcule o valor da constante de equilíbrio da reação na célula galvânica, a 25,00 C. c) Calcule a variação do potencial da célula galvânica, E, a 90,00 C, sabendo que o ar (1,0000 atm) tem 20,00% de O 2 em volume, e que a pressão de H 2 é controlada para reagir completamente com o O 2. Obs.: Considere que E não varia significativamente com a temperatura. a) Catodo: O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e - 2H 2 O(l) Anodo: H 2 (g) 2H + (aq) + 2e - (x 2) Reação global O 2 (g) + 2H 2 (g) 2H 2 O(l) b) K =1 x c) E = 1,202 V

4 Pg. 4/7 4 a Questão Conhecendo as semirreações da pilha seca (pilha de Leclanché) e seus respectivos potenciais padrões de redução a 25,0 C, faça o que se pede: Zn 2+ (aq) + 2e - Zn(s) 2NH 4 + ( aq) + 2MnO 2 (s) + 2e - Mn 2 O 3 (s) + H 2 O(l) + 2NH 3 (aq) E 0 = -0,76 V E 0 = +0,74 V a) Escreva a equação global da pilha e calcule a sua diferença de potencial padrão, E 0. b) Calcule a diferença de potencial, E, que a pilha desenvolve quando a concentração de NH + 4 cair para 0,500 mol L -1, sabendo que as concentrações iniciais de NH + 4, NH 3 e de Zn 2+ são iguais a 1,000 mol L -1. c) Calcule a quantidade máxima, em grama, de Mn 2 O 3 que pode ser obtida a partir de 0,0800 mol de MnO 2, considerando que a reação global da pilha tem 100% de rendimento. M(Mn 2 O 3 ) = 158 g mol -1 + a) Zn(s) + 2NH 4 ( aq) + 2MnO 2 (s) Mn 2 O 3 (s) + H 2 O(l) + 2NH 3 (aq) + Zn 2+ (aq) E = 1,50 V b) E = 1,47 V c) m = 6,32 g

5 Pg. 5/7 5 a Questão Considere a seguinte célula galvânica, os potenciais padrão de redução, à 25 o C, e as informações do gráfico. Fe(s) Fe 2+ (aq) Cr 3+ (aq), Cr 2+ (aq) Pt(s) Fe 2+ (aq) + 2e - Fe(s) E o = -0,440 V Cr 3+ (aq) + e - Cr 2+ (aq) E o =? V a) Escreva a reação global que ocorre nesta célula galvânica. b) Determine o potencial padrão de redução do catodo, E o, em volts. c) Determine o valor de G, à 25 o C, no início desta reação quando, ela está na condição padrão. d) Determine o valor da constante de equilíbrio, K, à 25 o C. a) 2Cr 3+ (aq)+ Fe(s) Fe 2+ (aq) +2Cr 2+ (aq) b) -0,407 V c) -6,37 kj d) Quando E = 0, ln Q = 2,55 = lnk (do gráfico) aproximadamente K = e 2,55 = 13

6 Pg. 6/7 6a. Questão As pilhas de combustível são células galvânicas em que os reagentes são continuamente fornecidos aos eletrodos. São de grande interesse, uma vez que energia química é diretamente transformada em energia elétrica. Uma pilha de combustível, na qual os reagentes são oxigênio e hidrogênio, é usada como combustível em viagens espaciais. As semi-equações de redução, para essa pilha, a 25,0 o C, são dadas abaixo: 2H 2 O(l) + 2e - H 2 (g) + 2OH - (aq) O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e - 4OH - (aq) Eº = -0,828 V Eº = +0,402 V a) Qual semirreação se processa no catodo? b) Qual é a única substância produzida na célula? Mostre as equações. c) Na reação global, preveja o que ocorre com a entropia do sistema. Justifique. d) Calcule Gº e K para a reação global. a) O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e - 4OH - (aq) b) 2H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(l) Eº = 1,23 V A única substância produzida na célula é a água. c) A entropia diminui no sentido direto, pois o número de mol de substâncias gasosas diminui. d) G = - 474,8 kj mol -1 ; K = 2 x 10 83

7 Pg. 7/7 7a. Questão Considere a seguinte reação de oxirredução, a 25 o C: O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4 Br - (aq) 2 H 2 O(l) + 2 Br 2 (l) a) Em condições-padrão a reação acima é espontânea? Justifique com cálculos. b) Qual é o novo valor de ΔE no momento em que o ph da solução é 3,60? Nesse ph a reação será espontânea? Justifique com cálculos. Considere que as demais espécies estejam em condições-padrão. c) Calcule a constante de equilíbrio da reação. Br 2 (l) + 2e - 2Br - (aq) O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e - 2H 2 O(l) E o = +1,070 V E o = +1,230 V a) Sim. Nas condições-padrão ΔG é menor que zero, o que caracteriza uma reação espontânea. b) ΔE = - 0,053 V. Como este novo valor de ΔE é negativo, o ΔG correspondente será positivo, o que significa que a reação nesta nova condição não será espontânea. c) K = 7 x 10 10